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γ-TiAl 基合金构件塑性成形技术 一、γ-TiAl 基合金成分与组织特征 1. Ti-Al 二元合金相图 性 能 Ti 合金 α2 -Ti3Al γ-TiAl Ni基合金 密度/g·cm-3 4.5-4.9 4.1-4.7 3.7-4.3 7.9-9.1 模量/GPa 96-115 100-145 160-180 195-220 室温屈服强度/MPa 1200 950 600-800 1350 高温屈服强度/MPa 350 550 400 350 抗蠕变极限温度/℃ 600 750 800-1000 1090 抗氧化极限温度/℃ 600 650 1000 1090 2. γ-TiAl 与其它常见耐热金属结构材料的性能比较 （a）近γ等轴晶组织（NG）；（b）γ/α2全层片组织（FL） （c）近γ/α2层片组织（NL）；（d）γ + γ/α2 双态组织（DP） 3. γ-TiAl 基合金的四种典型组织 γ-TiAl单相组织相比，适量的α2相能显著改善γ-TiAl基合金的室温塑性，另外，双态组织的强度也明显优于单相γ-TiAl合金，且其强度随α2 相即层片组织体积分数的增加而增加，因为α2-Ti3Al 的强度比γ-TiAl相更高。 如果存在过多的α2 相，合金的塑性又会变差，例如（γ+α2）全片层组织，由于其变形性能存在严重各向异性，使层片群边界形成应力集中，因此易导致在应力作用下过早开裂。 在层片群边界存在一定数量的等轴γ相晶粒可部分缓解由于变形造成的应力集中，从而提高塑性。因此，一般情况下，对于γ-TiAl基合金的四种组织形态，以γ与（γ+α2）同时存在的双态组织所对应的综合力学性能比较好。 4. γ-TiAl 基合金组织对力学性能的影响 二、γ-TiAl 基合金的晶体学特征与位错滑移机制 1. γ-TiAl 的晶体结构与滑移系 晶体结构：γ-TiAl 相具有正方点阵L10晶体结构，a=0.4005nm，c=0.4070nm，c/a=1.016，c/a值随合金中铝含量增加在1.01-1.03之间变化； 滑移面与滑移方向：γ-TiAl 的滑移面为{111}面，滑移方向有 110]、101] 和 112]，如图所示。其中：b1、b2、b3代表不全位错的柏氏矢量。 （a）单晶γ-TiAl合金不同滑移系位错开动 CRSS与温度的关系 （a）单晶γ-TiAl合金不同 位向屈服强度随温度的变化 1. γ-TiAl基合金屈服强度的反常温度关系 三、γ-TiAl 基合金的强度与高温塑性 细晶单相γ-TiAl 多晶材料的屈服强度与延伸率随温度的变化 2. 温度对γ-TiAl基合金屈服强度与塑性的影响 3. γ-TiAl 热塑性变形的应力-应变关系 Zener-Hollomon关系： 式中：Q是热变形激活能；σp为热变形峰值流动应力，A、n为常数。上式亦可写为： 或： 粉末冶金Ti-47Al 合金的在高温下的压缩变形行为 根据回归处理，获得表征Ti-47Al合金高温变形过程温度、应变速率、应变 对其流动应力影响的变形本构模型如下： Ti-47Al-2Cr-0.2Si 合金Zener-Hollomon常数与晶粒尺寸的关系 3. 晶粒尺寸对热塑性变形Z参数的影响 四、γ-TiAl 基合金成形工艺途径 两种典型的 γ-TiAl基合金制备与加工成形工艺路线示意图 铸造Ti-47Al-4（Cr, Nb, Mo, B）合金等温锻件及锻造前后组织对比 （a）等温锻件 （b）锻前组织 （b）锻后组织 五、γ-TiAl 基合金的锻造 1. 铸锭的开坯锻造与组织改善 主要